KR101283501B1 - 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법 - Google Patents

진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속적으로 제습이 가능하고 유지 보수가 용이한 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 적재된 물질을 동결건조시키는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버에 연결되며 내부에 냉각수단이 구비된 한 쌍의 제습부를 포함하며, 상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기는 상기 한 쌍의 제습부에 교번하여 유입되며, 수증기가 유입되는 상기 제습부는 냉각되면서 수증기를 얼음으로 승화시키는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치를 제공한다. 따라서 본 발명에 의하면 제습시간이 단축되고, 편의성이 증대된다는 이점이 있다.

Description

진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법{Dehumidification apparatus for vacuum freezing drier and dehumidification method using the same}
본 발명은 제습장치 및 이를 이용한 제습방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 진공동결건조기에 사용되는 제습장치 이를 이용한 제습방법에 관한 것이다.
진공동결건조는 식품가공분야, 제약분야, 생물학분야 등에서 식품, 액상의 약품, 혈액, 세포 등의 건조방법으로 널리 이용되고 있다.
진공동결건조는 동결된 물질이 적재되어 있는 챔버 내부 압력을 물, 얼음 및 수증기가 공존하는 물의 삼중점 이하로 저하시키고, 서서히 열을 가하면 얼음이 직접 수증기로 변화되는 승화현상을 이용한다. 즉, 6 밀리바(mbar) 또는 4.6토르(Torr)이하의 낮은 압력 하에서 얼음의 형태를 가지는 수분은 열에너지의 공급에 따라 액체로 변하지 않고 수증기로 직접 승화되며, 승화되는 수증기에 의하여 물질에는 무수히 많은 공간이 남게 된다. 따라서 진공동결건조된 다공성 물질은 완전하고 신속하게 재수화(Rehydration) 시킬 수 있다.
진공동결건조 과정에서는 다량의 수증기가 발생하기 마련이고, 이러한 수증기를 제거하기 위해 진공동결건조기에는 제습장치가 마련되어 있다.
종래의 진공동결건조기용 제습장치는 냉각코일을 설치해서 수증기를 제거하는 냉동제습 방법을 사용했는데, 수증기가 냉각코일에 얼어붙어서 쌓이게 될 경우 공기의 흐름이 막히게 되고 제습능력이 떨어지게 되는 문제가 있었다.
물론 진공동결건조기의 가동을 중단하고 냉각코일에 붙은 얼음을 제거해서 제습능력을 향상시킬 수 있으나, 이는 동결건조 작업 중단으로 인해 건조효율이 저하되는 또 다른 문제를 초래하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 원활한 제습이 연속적으로 이루어질 수 있는 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 효율적인 동결건조가 가능한 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유지 보수가 용이한 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 내부에 적재된 물질을 동결건조시키는 진공 챔버와, 상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버에 연결되며 내부에 냉각수단이 구비된 한 쌍의 제습부를 포함하며, 상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기는 상기 한 쌍의 제습부에 교번하여 유입되며, 수증기가 유입되는 상기 제습부는 냉각되면서 수증기를 얼음으로 승화시키는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치를 제공한다.
수증기가 상기 한 쌍의 제습부에 교번하여 유입될 수 있도록 제어하는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 제습부 내부의 수증기량을 측정할 수 있는 습도센서와, 상기 제습부 내부의 습도가 설정치에 도달했을 경우 유로를 변경하도록 제어하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는, 상기 냉각수단에 장착되어 빛을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자에 방출되는 빛을 수용하는 수광소자로 이루어진 포토센서와, 적상량이 일정 두께 이상일 경우 유로를 변경하도록 제어하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고압 가스 상태의 냉매를 냉각하여 저온 고압의 액체로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 냉각되어 액화된 저온 고압의 냉매를 저온 저압 상태의 냉매로 변환하는 팽창밸브가 더 포함되며, 상기 냉각수단은 상기 팽창밸브에서 토출된 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있도록 유로가 형성된 열교환기인 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기 표면에는 부동액이 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 제습부에는 가열수단이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 가열수단은 전기히터인 것을 특징으로 한다.
상기 가열수단은 상기 응축기 내부에 흐르는 냉매와 열 교환해서 가열된 고온의 공기를 공급할 수 있도록 팬과 덕트로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제습부에는 진공펌프가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 진공 챔버와 한 쌍의 제습부 사이에 구비되는 제 1 배관과, 상기 팽창 밸브와 한 쌍의 제습부 사이에 구비된 제 2 배관과, 상기 압축기와 한 쌍의 제습부 사이에 구비된 제 3 배관과, 상기 진공펌프와 한 쌍의 제습부 사이에 구비된 제 4 배관이 더 포함되며, 각각의 상기 배관에는 3방향 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 진공 챔버 내부에 적재된 물질을 동결건조시키는 제 1 단계와, 상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버에 연결되고 내부에 냉각수단과 가열수단이 각각 구비된 한 쌍의 제습부 중 일 제습부에 수증기를 유입시키는 제 2 단계와, 상기 일 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키는 제 3 단계와, 상기 일 제습부 내부에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 일 제습부로의 수증기 공급을 차단하고 타 제습부에 수증기를 유입시키는 제 4 단계와, 상기 타 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키고, 상기 일 제습부에 구비된 상기 가열수단을 작동시켜 제상하는 제 5 단계와, 상기 타 제습부 내부에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 타 제습부로의 수증기 공급을 차단하고 상기 일 제습부에 수증기를 유입시키는 제 6 단계와, 상기 일 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키고, 상기 타 제습부에 구비된 상기 가열수단을 작동시켜 제상하는 제 7 단계를 포함하며, 상기 진공 챔버에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계 내지 제 7 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치의 이용방법을 제공한다.
기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고압 가스 상태의 냉매를 냉각하여 저온 고압의 액체로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 냉각되어 액화된 저온 고압의 냉매를 저온 저압 상태의 냉매로 변환하는 팽창밸브가 더 포함되며, 상기 냉각수단은 상기 팽창밸브에서 토출된 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있도록 유로가 형성된 열교환기이고, 상기 가열수단은 전기히터 또는 상기 응축기 내부에 흐르는 냉매와 열 교환해서 가열된 고온의 공기를 공급할 수 있도록 팬과 덕트인 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 제습부에는 진공펌프가 각각 연결되며, 상기 가열수단의 작동이 종료되면 상기 진동펌프를 작동시키는 제 8 단계가 더 포함되며, 상기 진공 챔버에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계 내지 제 8 단계를 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 두 개의 제습부에서 교번하여 제습이 수행되므로 제습이 연속적으로 이루어지며 이를 통해 제습시간을 단축시킬 수 있다는 이점이 있다.
둘째, 제습이 연속적으로 이루어지므로 동결건조과정 중단에 따른 손실을 예방할 수 있다는 이점이 있다.
셋째, 각각의 구성요소가 배관과 밸브를 통해 연결되므로 개별적으로 유지 보수가 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치의 일 실시예를 도시한 개략도로서, 도 1a와 도 1b는 각각의 제습부가 사용될 때의 흐름을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치를 이용한 제습방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 진공동결건조기용 제습장치 및 이를 이용한 제습방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치의 일 실시예를 도시한 개략도로서, 도 1a와 도 1b는 각각의 제습부가 사용될 때의 흐름을 나타내며, 도 2는 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
본 발명은 내부에 적재된 물질(10)을 동결건조시키는 진공 챔버(100)와, 상기 진공 챔버(100)에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버(100)에 연결되며 내부에 냉각수단(210)이 구비된 한 쌍의 제습부(200)를 포함하며, 상기 진공 챔버(100)에서 배출되는 수증기는 상기 한 쌍의 제습부(200)에 교번하여 유입되며, 수증기가 유입되는 상기 제습부(200)는 냉각되면서 수증기를 얼음으로 승화시키는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치를 제공한다.
진공동결건조방법을 통해서 인간이나 동물의 시체 등을 포함한 유기물을 처리하는 방법이 개시되어 있다.
이 방법은 유기물을 끊는점이 대략 -190℃인 액체 질소를 사용해서 급속 냉동시키는 과정, 효과적인 건조를 위해서 초음파나 고압의 물이나 증기로 유기물을 잘게 분해하는 과정, 진공 챔버(100) 내에서 진공동결건조과정을 통해 수분을 제거하는 과정, 마지막으로 이물질을 제거하는 과정으로 구성된다.
상기 진공 챔버(100)에서는 적재된 물질(10) 내부에 존재하는 고체상태의 얼음이 기체상태의 수증기로 승화하게 되고, 이러한 수증기는 후술할 제 1 배관(310)을 통해 상기 한 쌍의 제습부(200)에 교번하여 유입된다.
종래에는 제습을 위한 냉각코일이 한 개 구비되었으나, 이로 인해 제습능력이 떨어지고, 종국적으로 동결건조과정 중단으로 인한 건조효율마저 저하되는 문제가 있었다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 전술한 문제를 해결하기 위해 상기 제습부(200)를 한 쌍으로 구비하고, 상기 한 쌍의 제습부(200)를 교번하여 사용하기 때문에 상기 진공 챔버(100)에서 배출된 수증기는 상기 한 쌍의 제습부(200) 중 어느 하나의 제습부(200)로만 유입된다.
수증기가 유입되는 상기 일 제습부(200)는 외부와는 격리되는 것이 바람직하다. 상기 일 제습부(200)는 수증기가 유입되는 동안에는 상기 진공 챔버(100)와 연통되는데, 만일 상기 일 제습부(200)가 외부와 격리되지 않으면 이로 인해 상기 진공 챔버(100) 내부에 형성된 진공상태가 깨질 수 있기 때문이다.
상기 일 제습부(200)에 유입된 수증기는 내부에 구비된 상기 냉각수단(210)에 의해 상변화 과정을 거치면서 제거된다. 기본적으로 상기 일 제습부(200)는 상기 진공 챔버(100)와 연통되어 같은 진공상태에 있으므로 수증기는 상기 진공 챔버(100)에서와는 반대로 기체에서 고체로 승화될 것이고, 승화된 얼음 알갱이가 상기 냉각수단(210)에 적상되는 과정을 통해 제습이 이루어진다.
하지만 얼음 알갱이가 적상되는 양이 많아지게 되면 이러한 얼음 알갱이들이 저항으로 작용하게 되고 이로 인해 제습능력이 저하되는 상황이 발생할 수 있는데, 이러한 경우 도 1b에 도시된 바와 같이, 다른 하나의 상기 제습부(200)에 수증기를 유입시키고 상기 냉각수단(210)을 작동시켜 전술한 제습과정을 수행하는 것이 바람직하다.
이때, 수증기가 상기 일 제습부(200)로 유입되지 않도록 상기 일 제습부(200)로의 유로는 완전히 차단되는 것이 바람직하다. 이를 위해 상기 제 1 배관(310)에는 후술할 3방향 밸브(300)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 3방향 밸브(300)는 하나의 입구와 두 개의 출구로 이루어져 유로가 2 개 형성되어 있으며, 2 개의 유로 중에서 원하는 유로를 선택해서 사용할 수 있다는 장점이 있다. 하나의 유로를 선택할 경우 다른 하나의 유로는 완전히 차단된다.
타 제습부(200)에 수증기가 유입되고 상기 냉각수단(210)에 의해 제습이 진행되는 동안 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)은 작동을 중단하는 것이 바람직하다. 상기 냉각수단(210)의 작동을 중단하게 되면 상기 일 제습부(200) 내부의 온도가 다시 상승하게 되고, 이를 통해 적상된 고체상태의 얼음 알갱이를 녹여서 제거할 수 있기 때문이다.
상기 제습부(200)에는 액체상태의 물을 배출할 수 있는 배출수단(400)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 일 제습부(200)의 내부 온도가 상승하게 됨으로써 고체상태의 얼음알갱이가 액체상태의 물로 상태변화하게 되고 이러한 물을 제거할 필요가 있기 때문이다. 상기 배출수단(400)으로는 일반적으로 사용되는 펌프가 사용될 수 있다.
상기 타 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)에도 전술한 바와 같이 얼음 알갱이가 적상된 양이 많아지게 되면 상기 타 제습부(200)로의 유로를 차단하고 상기 일 제습부(200)로 수증기를 유입시키는 것이 바람직하다. 상기 타 제습부(200)에서 제습과정이 진행되고 있는 동안 상기 일 제습부(200)에 적상된 얼음 알갱이가 제거되었기 때문이다.
전술한 바와 같이, 두 개의 제습부에서 교번하여 제습이 수행되면 제습과정이 연속적으로 이루어질 수 있고, 이를 통해 제습시간을 단축시킬 수 있게 된다.
수증기가 상기 한 쌍의 제습부(200)에 교번하여 유입될 수 있도록 제어하는 제어부(500)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
수증기가 유입되는 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)에 적상된 얼음 알갱이의 양이 많아지고, 이로 인해 제습이 원활하게 이루어지지 않을 경우 상기 일 제습부(200)로의 유로를 차단하고 상기 타 제습부(200)로 수증기를 유입시킬 필요가 있다.
또한, 반대의 상황에서는 상기 타 제습부(200)로의 유로를 차단하고 상기 일 제습부(200)로 수증기를 유입시켜야 한다.
이를 위해 본 발명에서는 상기 제어부(500)가 구비된다. 상기 제어부(500)는 상기 진공 챔버(100)에서 상기 제습부(200)로 이동하는 수증기의 유로를 제어하는 기능을 수행하며 이를 통해 연속적인 제습이 가능하게 된다.
상기 제어부(500)는 사용자가 설정한 시간 간격으로 수증기의 유로를 변경하는 것도 가능하다.
상기 제어부(500)는, 상기 제습부(200) 내부의 수증기량을 측정할 수 있는 습도센서와, 상기 제습부(200) 내부의 습도가 설정치에 도달했을 경우 유로를 변경하도록 제어하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 상기 냉각수단(210)의 제습능력은 시간에 비례해서 감소하지 않는다. 이는 상기 냉각수단(210)에 얼음 알갱이가 적상되는 양이 시간에 비례하지 않기 때문이다. 따라서 일정 시간 간격으로 유로를 변경하는 것을 효율적이지 못할 수 있다. 물론 사용자가 상기 제습부(200) 내부의 제습 진행경과에 따라 유로를 변경해주면 제습효율은 유지할 수 있으나 별도의 노력과 수고를 필요로 한다는 점에서 효율적이지 못하다.
상기 습도센서는 상기 제습부(200) 내부의 상대습도를 측정할 수 있는 일반적인 센서가 사용될 수 있기 때문에 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 컨트롤러는 상기 습도센서에서 읽어 들인 상기 제습부(200) 내부의 습도 값에 따라 유로를 변경하는 역할을 수행한다. 상기 제습부(200) 내부로 수증기가 유입되고 이에 따라 상기 냉각수단(210)의 작동으로 제습과정이 진행된다. 제습과정이 진행됨에 따라 상기 냉각수단(210)의 제습능력은 감소하게 되고, 이로 인해 상기 제습부(200) 내부의 습도는 점점 상승하게 될 것이다.
상기 컨트롤러는 상기 제습부(200) 내부의 습도가 사용자가 임의로 설정한 습도 이상일 경우 수증기가 이동하는 유로를 변경한다.
이와 같이 구성할 경우 상기 냉각수단(210)의 제습능력 변화에 탄력적으로 대응할 수 있다는 이점이 있다.
상기 제어부(500)는, 상기 냉각수단(210)에 장착되어 빛을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자에 방출되는 빛을 수용하는 수광소자로 이루어진 포토센서와, 적상량이 일정 두께 이상일 경우 유로를 변경하도록 제어하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 상기 냉각수단(210)의 제습능력은 시간에 비례해서 감소하지 않는다. 이는 상기 냉각수단(210)에 얼음 알갱이가 적상되는 양이 시간에 비례하지 않기 때문이다. 따라서 일정 시간 간격으로 유로를 변경하는 것을 효율적이지 못할 수 있다. 물론 사용자가 상기 제습부(200) 내부의 제습 진행경과에 따라 유로를 변경해주면 제습효율은 유지할 수 있으나 별도의 노력과 수고를 필요로 한다는 점에서 효율적이지 못하다.
상기 냉각수단(210)에 적상되는 얼음 알갱이의 양을 측정하기 위해 상기 포토센서가 사용될 수 있다.
상기 포토센서는 빛을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자에서 방출되는 빛을 수용하는 수광소자로 구성된다. 상기 발광소자는 상기 냉각수단(210)에 장착되는데, 상기 냉각수단(210)에 얼음 알갱이 적상됨에 따라 상기 수광소자에 수용되는 빛의 양이 감소하게 된다. 이는 상기 발광소자에서 방출된 빛이 상기 수광소자에 수용되기 위해서는 적상된 얼음 알갱이를 통과해야 하기 때문이다.
상기 컨트롤러는 상기 수광소자에 수용되는 빛의 양을 이용해서 상기 냉각수단(210)에 적상되는 얼음 알갱이의 적상량을 판단하게 되고, 얼음 알갱이의 적상량이 사용자가 임의로 설정한 두께 이상일 경우 수증기가 이동하는 유로를 변경한다.
이와 같이 구성할 경우 상기 냉각수단(210)의 제습능력 변화에 탄력적으로 대응할 수 있다는 이점이 있다.
기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(50)와, 상기 압축기(50)에서 압축된 고압 가스 상태의 냉매를 냉각하여 저온 고압의 액체로 응축하는 응축기(60)와, 상기 응축기(60)에서 냉각되어 액화된 저온 고압의 냉매를 저온 저압 상태의 냉매로 변환하는 팽창밸브(70)가 더 포함되며, 상기 냉각수단(210)은 상기 팽창밸브(70)에서 토출된 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있도록 유로가 형성된 열교환기(211)인 것을 특징으로 한다.
상기 냉각수단(210)은 내부에 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있는 유로가 형성된 열교환기(211)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 냉각수단(210)에 저온 저압의 냉매를 공급하기 위해서 상기 압축기(50), 응축기(60), 팽창밸브(70)가 사용될 수 있으며, 이는 종래와 동일한 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 열교환기(211) 표면에는 부동액이 도포되어 있는 것을 특징으로 한다.
종래의 경우 증발기 코일에 얼음 알갱이가 적상되는 양이 증가할수록 제습효율이 급격하게 저하되는 문제점이 있었다.
하지만 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 상기 열교환기(211) 표면에 부동액을 도포한다. 부동액은 일반적으로 자동차 냉각수의 동결을 방지하기 위해 흔히 사용되는 액체로 주로 염화칼슘, 염화마그네슘, 에틸렌글리콜, 에틸알코올 등이 사용된다.
상기 열교환기(211) 표면에 부동액이 도포되어 있을 경우 상기 제습부(200)로 유입된 수증기는 부동액과 혼합되면서 고체 상태인 얼음 알갱이로 승화되지 않고, 액체 상태인 물로 액화하는 과정을 거치게 되는데, 이와 같이 수증기가 물로 액화하게 됨으로써 상기 열교환기(211) 표면에 적상되지 않고 흘러내리게 되므로 제습효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
상기 한 쌍의 제습부(200)에는 가열수단(220)이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 타 제습부(200)에 수증기가 유입되고 상기 냉각수단(210)에 의해 제습이 진행되는 동안 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)은 적상된 얼음 알갱이를 녹이기 위해 작동을 중단하게 된다.
하지만 상기 냉각수단(210)의 작동 중단으로 온도가 상승하는 폭은 매우 좁을 수 있고, 또한 온도가 상승하는데 상당한 시간이 소모될 수 있다.
따라서 상기 한 쌍의 제습부(200)에는 별도의 가열수단(220)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 가열수단(220)이 구비될 경우 상기 제습부(200) 내부의 온도를 짧은 시간동안 급격하게 상승시킬 수 있고, 이를 통해 상기 냉각수단(210)에 적상된 얼음 알갱이를 신속하게 제거할 수 있다는 이점이 있다.
상기 가열수단(220)으로는 전기히터(221)가 사용될 수 있으며, 상기 전기히터(221)는 가열을 위해 일반적으로 사용되는 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 가열수단(220)은 상기 응축기(60) 내부에 흐르는 냉매와 열 교환해서 가열된 고온의 공기를 공급할 수 있도록 팬(222)과 덕트(223)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 응축기(60) 내부를 지나는 냉매는 상기 응축기(60) 외부 표면을 지나는 공기와 열 교환함으로써 고온 상태로 유입되서 저온 상태로 유출된다. 즉, 상기 응축기(60) 외부 표면을 지나는 공기는 냉매와 반대로 저온에서 고온으로 온도가 상승하게 된다.
본 발명에서는 이러한 고온의 공기를 버리지 않고 상기 냉각수단(210) 표면에 적상된 얼음 알갱이를 제거하는데 사용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 팬(222)은 공기가 원활하게 상기 응축기(60)를 지나갈 수 있도록 추진력을 제공하는 역할을 수행한다. 상기 응축기(60)를 통과한 공기는 집적수단(미도시)을 통해 모이게 되고, 이렇게 모인 고온의 공기는 상기 3방향 밸브(300)와 덕트(223)를 거쳐 상기 제습부(200)에 공급된다.
상기 집적수단(미도시)은 상기 응축기(60)를 통과한 공기를 모을 수 있는 형상이면 어떠한 형상도 가능하다. 또한, 상기 집적수단(미도시)에는 추진수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다. 상기 팬(222)이 상기 응축기(60)를 통과하는 공기에 추진력을 부가하는 역할을 수행하지만 상기 응축기(60)를 통과하면서 이러한 추진력이 대부분 소모되는 것이 일반적이다. 따라서 상기 추진수단(미도시)이 구비됨으로써 상기 응축기(60)를 통과한 고온의 공기가 상기 제습부(200)까지 원활하게 공급될 수 있게 된다.
상기 덕트(223)를 통해 상기 제습부(200)까지 공급된 고온의 공기가 상기 제습부(200) 내부에 공급됨으로써 상기 냉각수단(210)에 적상된 얼음 알갱이를 녹이게 되는데, 이와 같이 버려지는 공기를 재사용할 경우 에너지를 절약할 수 있고 결과적으로 동결건조효율이 증가하게 되는 이점이 있다.
상기 제습부(200)에는 진공펌프(230)가 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각수단(210)에 적상된 얼음 알갱이를 녹이기 위해 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 전기히터(221)를 사용하거나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 응축기(60) 표면을 통과한 고온의 공기를 사용하는 경우 상기 제습부(200) 내부의 진공상태가 깨지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 상기 제습부(200) 내부를 상기 진공 챔버(100)와 같은 진공상태로 만들기 위해서 상기 제습부(200)에는 상기 진공펌프(230)가 연결되는 것이 바람직하다.
상기 진공 챔버(100)와 한 쌍의 제습부(200) 사이에 구비되는 제 1 배관(310)과, 상기 팽창 밸브(70)와 한 쌍의 제습부(200) 사이에 구비된 제 2 배관(320)과, 상기 압축기(50)와 한 쌍의 제습부(200) 사이에 구비된 제 3 배관(330)과, 상기 진공펌프(230)와 한 쌍의 제습부(200) 사이에 구비된 제 4 배관(340)이 더 포함되며, 각각의 상기 배관(310, 320, 330, 340)에는 3방향 밸브(300)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 진공 챔버(100)와 한 쌍의 제습부(200)는 상기 제 1 배관(310)으로 연결되어 있으며, 상기 제 1 배관(310)에는 상기 3방향 밸브(300)가 설치되어 있다. 상기 3방향 밸브(300)에는 전술한 바와 같이 두 개의 유로가 형성되어 있으며 상기 컨트롤러에 의해 유로가 결정된다.
상기 3방향 밸브(300)는 상기 제 1 배관(310)을 포함한 각각의 상기 배관(310, 320, 330, 340)에 모두 설치되는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 일 제습부(200)를 통해 제습이 진행될 경우 상기 3방향 밸브(300) 내부에는 상기 일 제습부(200)로 연결된 상기 제 1 배관(310)을 통해 수증기가 공급되도록 유로가 형성된다.
이때, 상기 제 2 배관(320)에 설치된 상기 3방향 밸브(300) 내부에는 상기 팽창밸브(70)에서 토출된 저온 저압의 냉매가 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)에 전달될 수 있도록 유로가 형성되며, 상기 제 3 배관(330)에 설치된 상기 3방향 밸브(300) 내부에는 상기 냉각수단(210)을 지난 고온 저압의 냉매가 상기 압축기(50)에 전달될 수 있도록 유로가 형성된다.
다만, 상기 제 4 배관(340)에 설치된 상기 3방향 밸브(300) 내부에는 상기 진공펌프(230)와 타 제습부(200)를 연결하는 유로가 형성된다. 상기 일 제습부(200)에서 제습이 진행되는 동안 상기 타 제습부(200)에서는 얼음 알갱이를 제거하는 제상과정이 진행되는데, 제상과정을 거치면서 진공상태가 깨질 수 있다. 따라서 상기 타 제습부(200) 내부를 다시 진공상태로 만들기 위해서 상기 제 4 배관(340)에 설치된 상기 3방향 밸브(300) 내부에는 상기 타 제습부(200)와 진공펌프(230)를 연결하는 유로가 형성된다.
이러한 유로를 전술했던 상기 컨트롤러를 통해서 조절하게 되면 사용자의 편의성을 도모할 수 있다는 이점이 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 응축기(60)를 통과한 고온의 공기를 상기 제습부(200)에 전달하기 위해서 상기 팬(222)과 덕트(223)가 설치되는데, 이러한 고온의 공기를 상기 한 쌍의 제습부(200) 중 어느 하나의 제습부(200)에 선택적으로 공급할 수 있도록 상기 덕트(223)에도 상기 컨트롤러에 의해 유로가 조절되는 상기 3방향 밸브(300)가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 배관(310)에는 일반적으로 사용되는 커플러와 같은 연결수단(미도시)이 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같은 연결수단(미도시)을 이용해서 상기 진공 챔버(100), 상기 제습부(200), 상기 3방향 밸브(300)와 상기 제 1 배관(310)을 연결할 경우 각각 별도로 분리가 가능하게 되므로 유지 보수 및 교체가 용이하게 되는 이점이 있다.
상기 연결수단(미도시)은 상기 제 1 배관(310) 뿐만 아니라 각각의 상기 배관(320, 330, 340)에 모두 구비되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명에 따른 진공동결건조기용 제습장치를 이용한 제습방법을 나타낸 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한, 본 발명은 진공 챔버 내부에 적재된 물질을 동결건조시키는 제 1 단계와, 상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버에 연결되고 내부에 냉각수단과 가열수단이 각각 구비된 한 쌍의 제습부 중 일 제습부에 수증기를 유입시키는 제 2 단계와, 상기 일 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키는 제 3 단계와, 상기 일 제습부 내부에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 일 제습부로의 수증기 공급을 차단하고 타 제습부에 수증기를 유입시키는 제 4 단계와, 상기 타 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키고, 상기 일 제습부에 구비된 상기 가열수단을 작동시켜 제상하는 제 5 단계와, 상기 타 제습부 내부에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 타 제습부로의 수증기 공급을 차단하고 상기 일 제습부에 수증기를 유입시키는 제 6 단계와, 상기 일 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키고, 상기 타 제습부에 구비된 상기 가열수단을 작동시켜 제상하는 제 7 단계를 포함하며, 상기 진공 챔버에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계 내지 제 7 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치의 이용방법을 제공한다.
진공 챔버(100) 내부에 적재된 물질(10)을 동결건조시키는 제 1 단계(S100)와, 상기 진공 챔버(100)에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버(100)에 연결되고 내부에 냉각수단(210)과 가열수단(220)이 각각 구비된 한 쌍의 제습부(200) 중 일 제습부(200)에 수증기를 유입시키는 제 2 단계(S200)와, 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)을 작동시키는 제 3 단계(S300)와, 상기 일 제습부(200) 내부에서 수증기의 승화현상이 일어나지 않을 때 상기 일 제습부(200)로의 수증기 공급을 차단하고 타 제습부(200)에 수증기를 유입시키는 제 4 단계(S400)와, 상기 타 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)을 작동시키고, 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 가열수단(220)을 작동시키는 제 5 단계(S500)와, 상기 타 제습부(200) 내부에서 수증기의 승화현상이 일어나지 않을 때 상기 타 제습부(200)로의 수증기 공급을 차단하고 상기 일 제습부(200)에 수증기를 유입시키는 제 6 단계(S600)와, 상기 일 제습부(200)에 구비된 상기 냉각수단(210)을 작동시키고, 상기 타 제습부(200)에 구비된 상기 가열수단(220)을 작동시키는 제 7 단계(S700)를 포함하며, 상기 진공 챔버(100)에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계(S400) 내지 제 7 단계(S700)를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치의 이용방법을 제공한다.
상기 일 제습부(200)에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 제 1 배관(310)에 설치된 상기 3방향 밸브(300)의 내부유로를 상기 일 제습부(200)에서 상기 타 제습부(200)로 변경하게 되는데, 승화현상이 둔화되는 것은 습도센서 또는 포토센서를 이용해서 용이하게 감지할 수 있고, 컨트롤러를 통해 유로를 변경하게 된다.
유로는 사용자가 정한 일정한 시간 간격으로 변경하는 것도 가능하다.
기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기(50)와, 상기 압축기(50)에서 압축된 고압 가스 상태의 냉매를 냉각하여 저온 고압의 액체로 응축하는 응축기(60)와, 상기 응축기(60)에서 냉각되어 액화된 저온 고압의 냉매를 저온 저압 상태의 냉매로 변환하는 팽창밸브(70)가 더 포함되며, 상기 냉각수단(210)은 상기 팽창밸브(70)에서 토출된 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있도록 유로가 형성된 열교환기(211)이고, 상기 가열수단(220)은 전기히터(221) 또는 상기 응축기(60) 내부에 흐르는 냉매와 열 교환해서 가열된 고온의 공기를 공급할 수 있도록 팬(222)과 덕트(223)인 것이 바람직하다.
상기 한 쌍의 제습부(200)에는 진공펌프(230)가 각각 연결되며, 상기 가열수단(220)의 작동이 종료되면 상기 진동펌프(230)를 작동시키는 제 8 단계(S800)가 더 포함되며, 상기 진공 챔버(100)에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계(S400) 내지 제 8 단계(S800)를 반복하는 것을 특징으로 한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 : 진공 챔버 200 : 제습부
300 : 3방향 밸브 400 : 배출수단

Claims (14)

  1. 내부에 적재된 물질을 동결건조시키는 진공 챔버;
    상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버에 연결되며 내부에 냉각수단이 구비된 한 쌍의 제습부;
    를 포함하고,
    상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기는 상기 한 쌍의 제습부에 교번하여 유입되며, 수증기가 유입되는 상기 제습부는 냉각되면서 수증기를 얼음으로 승화시키며,
    기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고압 가스 상태의 냉매를 냉각하여 저온 고압의 액체로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 냉각되어 액화된 저온 고압의 냉매를 저온 저압 상태의 냉매로 변환하는 팽창밸브가 더 포함되고,
    상기 냉각수단은 상기 팽창밸브에서 토출된 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있도록 유로가 형성된 열교환기이며,
    상기 한 쌍의 제습부에는 공기에 추진력을 제공하는 팬과, 상기 응축기 내부에 흐르는 냉매와 열 교환해서 가열된 고온의 공기가 상기 제습부에 공급되도록 상기 제습부와 연통된 덕트로 구성된 가열수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  2. 제1항에 있어서,
    수증기가 상기 한 쌍의 제습부에 교번하여 유입될 수 있도록 제어하는 제어부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제습부 내부의 수증기량을 측정할 수 있는 습도센서와, 상기 제습부 내부의 습도가 설정치에 도달했을 경우 유로를 변경하도록 제어하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 냉각수단에 장착되어 빛을 방출하는 발광소자와 상기 발광소자에 방출되는 빛을 수용하는 수광소자로 이루어진 포토센서와, 적상량이 일정 두께 이상일 경우 유로를 변경하도록 제어하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열교환기 표면에는 부동액이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제습부에는 진공펌프가 연결되는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진공 챔버와 한 쌍의 제습부 사이에 구비되는 제 1 배관과, 상기 팽창 밸브와 한 쌍의 제습부 사이에 구비된 제 2 배관과, 상기 압축기와 한 쌍의 제습부 사이에 구비된 제 3 배관과, 상기 진공펌프와 한 쌍의 제습부 사이에 구비된 제 4 배관이 더 포함되며,
    각각의 상기 배관에는 3방향 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치.
  12. 진공 챔버 내부에 적재된 물질을 동결건조시키는 제 1 단계;
    상기 진공 챔버에서 배출되는 수증기가 유입될 수 있도록 상기 진공 챔버에 연결되고 내부에 냉각수단과 가열수단이 각각 구비된 한 쌍의 제습부 중 일 제습부에 수증기를 유입시키는 제 2 단계;
    상기 일 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키는 제 3 단계;
    상기 일 제습부 내부에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 일 제습부로의 수증기 공급을 차단하고 타 제습부에 수증기를 유입시키는 제 4 단계;
    상기 타 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키고, 상기 일 제습부에 구비된 상기 가열수단을 작동시켜 제상하는 제 5 단계;
    상기 타 제습부 내부에서 수증기의 승화현상이 둔화되었을 때 상기 타 제습부로의 수증기 공급을 차단하고 상기 일 제습부에 수증기를 유입시키는 제 6 단계;
    상기 일 제습부에 구비된 상기 냉각수단을 작동시키고, 상기 타 제습부에 구비된 상기 가열수단을 작동시켜 제상하는 제 7 단계;
    를 포함하고,
    상기 진공 챔버에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계 내지 제 7 단계를 반복하며,
    기체 상태의 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 고압 가스 상태의 냉매를 냉각하여 저온 고압의 액체로 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 냉각되어 액화된 저온 고압의 냉매를 저온 저압 상태의 냉매로 변환하는 팽창밸브가 더 포함되고,
    상기 냉각수단은 상기 팽창밸브에서 토출된 저온 저압의 냉매가 흐를 수 있도록 유로가 형성된 열교환기이며,
    상기 가열수단은 공기에 추진력을 제공하는 팬과, 상기 응축기 내부에 흐르는 냉매와 열 교환해서 가열된 고온의 공기가 상기 제습부에 공급되도록 상기 제습부와 연통된 덕트인 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치의 이용방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제습부에는 진공펌프가 각각 연결되며,
    상기 가열수단의 작동이 종료되면 상기 진공펌프를 작동시키는 제 8 단계가 더 포함되며,
    상기 진공 챔버에서 수증기가 배출되지 않을 때까지 상기 제 4 단계 내지 제 8 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공동결건조기용 제습장치의 이용방법.
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